【摘 要】以太網(wǎng)光纖通信技術(shù)支撐智能變電站電能計(jì)量技術(shù)在模擬量采集上實(shí)現(xiàn)全數(shù)字量化后的數(shù)據(jù)傳輸，利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或高速以太網(wǎng)方式傳輸至數(shù)字式電能表，為智能變電站內(nèi)電能計(jì)量提供了準(zhǔn)確的、可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源，構(gòu)成變電站數(shù)字化電能計(jì)量系統(tǒng)。本文針對(duì)這一變革，系統(tǒng)介紹了利用以太網(wǎng)光纖通信技術(shù)支撐智能變電站數(shù)字化計(jì)量系統(tǒng)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】智能變電站；數(shù)字化；電能計(jì)量；電子式互感器；數(shù)據(jù)采集

概述：

智能變電站內(nèi)電能計(jì)量技術(shù)在模擬量采集方式上有了巨大變化，相比于傳統(tǒng)的變電站內(nèi)的電能表，其表計(jì)的采樣傳感器一般采用是高功率輸出的電流互感器和電壓互感器，而新型智能變電站內(nèi)模擬量采樣實(shí)現(xiàn)全數(shù)字量化后通過(guò)光纖線路傳輸，并且一次側(cè)的傳感器采用了低功率輸出的電子式互感器，它具有測(cè)量準(zhǔn)確度高，無(wú)飽和，動(dòng)態(tài)范圍寬，無(wú)二次開(kāi)路危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，為智能變電站內(nèi)電能計(jì)量提供了準(zhǔn)確的、可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源，系統(tǒng)的EMC性能得到了很大的提升；同時(shí)也將智能變電站內(nèi)電能采集與管理融人了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系，為整個(gè)智能變電站高度集成化奠定了基礎(chǔ)。

1 智能變電站數(shù)字化電能計(jì)量系統(tǒng)組成

智能變電站的電能計(jì)量系統(tǒng)主要包括一次側(cè)的傳感器，其中包含遵循IEC60044-7標(biāo)準(zhǔn)電子式電流互感器以及遵循IEC60044 -8標(biāo)準(zhǔn)的電子式電壓互感器、合并單元（Merging UmO。電子式互感器匯總到合并單元，合并單元經(jīng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或以太網(wǎng)方式發(fā)送采樣數(shù)據(jù)至位于間隔層的數(shù)字式計(jì)量設(shè)備。計(jì)量設(shè)備的交流輸入信號(hào)由電纜從傳統(tǒng)電壓、電流互感器輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄐ烹娎|或光纖輸入的數(shù)字信號(hào)。智能變電站的電能計(jì)量組成方框圖如圖1所示。

圖l可知，合并單元至表計(jì)模擬量采樣值傳輸服務(wù)遵循IEC61850-9—112通信規(guī)約，其中物理層及鏈路層推薦采用光纖以太網(wǎng)，須遵行IEEE802.3中100Base--FX的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。根據(jù)變電站系統(tǒng)組成，可通過(guò)配置數(shù)據(jù)集中結(jié)構(gòu)設(shè)置表計(jì)的計(jì)量模式，如設(shè)置三相三線系統(tǒng)，三相四線計(jì)量系統(tǒng)，這有別于傳統(tǒng)模擬量輸人表計(jì)外部電纜接線方式。

2 電子式互感器

電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)TA、TV存在磁飽和問(wèn)題，測(cè)量誤差較大；而且TA測(cè)得的模擬量在傳輸過(guò)程中易受干擾。隨著電力系統(tǒng)容量越來(lái)越大，電壓等級(jí)越來(lái)越高，導(dǎo)致cT體積龐大，絕緣難、造價(jià)高、可靠性差等問(wèn)題日益突出。電子式互感器克服了這些缺點(diǎn)，它無(wú)需鐵心，無(wú)飽和問(wèn)題，電氣絕緣性好，抗干擾能力強(qiáng)。此外，還有體積小、重量輕及安全可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)。電子式互感器可實(shí)現(xiàn)交直流高電壓大電流的傳變，并以數(shù)字信號(hào)形式通過(guò)光纖提供給保護(hù)、測(cè)量等相應(yīng)裝置；合并單元還具有模擬量輸入接口，可以把來(lái)自其它模擬式互感器的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以lOObase--FX或lOBase-FL接口輸出數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了保護(hù)、計(jì)量等功能裝置的接線。

電子式互感器通常由傳感模塊和合并單元兩部分構(gòu)成，傳感模塊又稱遠(yuǎn)端模塊，安裝在高壓一次側(cè)，負(fù)責(zé)采集、調(diào)理一次側(cè)電壓電流并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。合并單元安裝在二次側(cè)，負(fù)責(zé)對(duì)各相遠(yuǎn)端模塊傳來(lái)的信號(hào)做同步合并處理。

2.1 遠(yuǎn)端模塊

電子式互感器的遠(yuǎn)端模塊用來(lái)對(duì)模擬量輸入進(jìn)行采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換并通過(guò)光纖傳送數(shù)據(jù)到合并單元，與合并單元僅通過(guò)兩根光纖進(jìn)行能量和數(shù)據(jù)的傳遞。

2.2 合并單元

合并單元是低壓側(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并且為高壓側(cè)遠(yuǎn)端模塊提供能源。

主要包括以下三種功能：

2.2.1 接收多路遠(yuǎn)端模塊的采樣光信號(hào)，匯總之后按照IEC一61850規(guī)約以光信號(hào)形式對(duì)外提供采集數(shù)據(jù)；

2.2.2 以光能量的形式，為遠(yuǎn)端模塊提供工作能源；

2.2.3 接收來(lái)自站級(jí)或繼電保護(hù)裝置的同步光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端模塊間的采樣同步功能。

高壓側(cè)遠(yuǎn)端模塊單元的工作電源同時(shí)由取能線圈和激光電源提供，兩者動(dòng)態(tài)自檢，互為熱備用。取能線圈就地采集一次電能后經(jīng)整流濾波提供直流電源；位于集控室的激光電源提供高能激光，經(jīng)由光纜傳輸?shù)竭h(yuǎn)端模塊單元后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換提供直流電源。合并單元還可以通過(guò)輔助CPU和擴(kuò)展開(kāi)入開(kāi)出直接提供保護(hù)、測(cè)量等功能，同時(shí)通過(guò)光纖以太網(wǎng)接口給監(jiān)控、測(cè)量等裝置提供數(shù)據(jù)。

3 數(shù)字化采樣數(shù)據(jù)的傳輸

智能變電站中數(shù)字化采樣數(shù)據(jù)的傳輸采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)兩種方式。出于對(duì)繼電保護(hù)可靠

性的考慮，智能變電站中保護(hù)應(yīng)直接采樣，即采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式傳輸數(shù)據(jù)，協(xié)議采用IEC60044—7/8或IEC61850—9—1/2標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于測(cè)控裝置、故障錄波、計(jì)量等二次設(shè)備，其采用數(shù)據(jù)可通過(guò)搭建過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的方式傳輸，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。過(guò)程層傳輸采樣值的網(wǎng)絡(luò)稱SMV采樣值網(wǎng)，其主要功能是實(shí)現(xiàn)電流、電壓交流量的上傳。SMV采樣值網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用IEC 61 850—9—1/2標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于保護(hù)雙重化要求的間隔，網(wǎng)絡(luò)按照雙重化配置，物理上做到相互獨(dú)立；對(duì)保護(hù)單重化要求的間隔，網(wǎng)絡(luò)按照單重化配置。

4 數(shù)字化電能表

數(shù)字式電能表是指用于智能變電站電能計(jì)量的電能表（以下簡(jiǎn)稱數(shù)字輸入電能表）。數(shù)字化電能表的主要構(gòu)成：主要由兩路工作電源，協(xié)議轉(zhuǎn)換器，點(diǎn)陣液晶顯示等有關(guān)部件組成。其中l(wèi)OOBase—Fx接口完成信息的采集，協(xié)議接口芯片完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)處理器完成電參量的計(jì)算，如電壓，電流，功率的計(jì)算，同時(shí)指示當(dāng)前的功率脈沖。后傳送至中央微處理器單元，由中央微處理器單元完成電參量的累加，同時(shí)通過(guò)點(diǎn)陣液晶顯示模塊顯示表計(jì)的信息。同時(shí)表計(jì)可以通過(guò)光纖以太網(wǎng)讀取數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的抄讀，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。數(shù)字化電能表與傳統(tǒng)電能表相比，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

4.1 智能變電站電能計(jì)量系統(tǒng)的誤差

優(yōu)于傳統(tǒng)變電站數(shù)字輸入電能表接收通過(guò)光纖以太網(wǎng)傳送的電流電壓采樣點(diǎn)的數(shù)字流，基本避免了因二次電流電壓模擬信號(hào)傳輸損耗引起的計(jì)量系統(tǒng)附加誤差。

4.2 數(shù)字化電能表的高可靠性

數(shù)字輸入電能表與合并單元或電子式互感器物理問(wèn)采用光纖通訊，實(shí)現(xiàn)完全電氣隔離，保證在各種復(fù)雜的電磁環(huán)境下都不會(huì)造成數(shù)字電流、電壓信號(hào)傳輸?shù)母淖?。同時(shí)，該表已完全取消二次電流輸入，有效的消除了過(guò)流或二次電流開(kāi)路等安全事故隱患。

4.3 數(shù)字化電能表的高穩(wěn)定性

電表的采用數(shù)字信號(hào)輸入，無(wú)模擬采樣電路，長(zhǎng)期運(yùn)行中有效避免傳統(tǒng)電表因溫度、采樣電路的電阻電容變化、零漂、電磁干擾等可能對(duì)精度造成的影響。

4.4 數(shù)據(jù)可靠性

電流、電壓數(shù)字信號(hào)采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行傳輸，接收端即電能表可對(duì)來(lái)自互感器或者合并單元的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)，有效避免了誤碼可能對(duì)電能計(jì)量造成的影響。

5 總結(jié)

光纖以太網(wǎng)通信在數(shù)字化計(jì)量中的應(yīng)用使電能計(jì)量采集方式發(fā)生了變化，從常規(guī)模擬量采集到網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)字量采集是技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，支持DL/T860標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式電能計(jì)量系統(tǒng)設(shè)備是未來(lái)智能變電站技術(shù)的發(fā)展方向。

作者簡(jiǎn)介：

邱南陽(yáng)（1976年-）、男，籍貫（廣東省、高州市）、在廣東電網(wǎng)公司佛山供電局工作，工程師、工學(xué)學(xué)士、主要研究方向是通信技術(shù)在電力計(jì)量、通信領(lǐng)域中的探索與應(yīng)用。